Фтор как химический элемент таблицы Менделеева

Фтор

— элемент главной подгруппы седьмой группы, второго периода периодической системы химических элементов Менделеева, с атомным номером
9
. Обозначается символом
F
Fluorum. Фтор — чрезвычайно химически активный неметалл и самый сильный окислитель, является самым лёгким элементом из группы галогенов. Простое вещество
фтор
(CAS-номер: 7782-41-4) при нормальных условиях — двухатомный газ бледно-жёлтого цвета с резким запахом, напоминающим озон или хлор (формула F2). Очень ядовит.

История

Схема атома фтора
Первое соединение фтора — флюорит (плавиковый шпат) CaF2 — описано в конце XV века под названием «флюор». В 1771 году Карл Шееле получил плавиковую кислоту.

Как один из атомов плавиковой кислоты, элемент фтор был предсказан в 1810 году, а выделен в свободном виде лишь семьдесят шест лет спустя Анри Муассаном в 1886 году электролизом жидкого безводного фтористого водорода, содержащего примесь кислого фторида калия KHF2.

Происхождение названия

Название «фтор» (φθόρος — разрушение), предложенное Андре Ампером в 1810 году, употребляется в русском и некоторых других языках; во многих странах приняты названия, производные от латинского «Fluorum» (которое происходит, в свою очередь, от fluere

— «течь», по свойству соединения фтора, флюорита (CaF2), понижать температуру плавления руды и увеличивать текучесть расплава).

Недостаток фтора в организме

Поскольку основным источником фтора для человека является вода, необходимо следить за тем, чтобы этот элемент содержался в ней в достаточном количестве.

Недостаток фтора в организме может выражаться следующими симптомами:

• секущиеся кончики, ломкость, сухость и выпадение волос:
• развитие кариеса, повышенная чувствительность эмали, крошение зубов, повышенная стираемость, эрозии и некрозы десен;
• частые и повторные переломы, трещины и трудности со срастанием костей, что может быть признаком остеопороза;
• подверженность простудным и вирусным заболеваниям по причине ослабленного иммунитета.

Наиболее эффективным способом устранения недостатка фтора в организме является замена источника питьевой воды. Необходимо выбирать бутилированную воду с содержанием данного элемента. При значительном дефиците фтора, подтвержденном анализами, назначается соответствующая терапия. Улучшить состояние зубов можно при помощи фторсодержащей пасты, подбирать которую должен профессиональный стоматолог.

Способ восполнения минерала выбирается исходя из симптоматики и наличия либо отсутствия сопутствующих заболеваний и противопоказаний. Рассчитывая дозировку того или иного препарата для пополнения запасов фтора, следует избегать превышения дозы, так как этот элемент содержится в некоторых продуктах, воде и витаминах. По этой причине лучше обратиться к врачу для выбора необходимого средства и его дозировки.

Распространение в природе

Содержание фтора в атомных процентах в природе показано в таблице:

В природе значимые скопления фтора содержатся разве что только в минерале флюорите.

В некоторой степени относительно богаты фтором растения чечевица и лук

Содержанием в почве фтор обязан вулканическим газам, за счет того, что в их состав обычно входит большое количество фтороводорода.

Фторирование зубов в стоматологических

В проводится глубокое фторирование по современной A.P.F. системе.

Фторирование зубов — процедура для профилактики и укрепления поверхностных и глубоких слоев тканей зуба. Для зубов необходимы два вещества – кальций и фтор, но они все время вытесняют друг друга с поверхности эмали. Поэтому появился новый препарат A.P.F. гель, на основе нанотехнологий, который способен насытить глубокие слои эмали кальцием, а верхние – фтором. В процедура фторирования зубов по A.P.F. системе занимает 10-20 минут. Для закрепления эффекта от процедуры на дом выдается средство для дальнейшего домашнего ухода. Данная процедура позволяет не только защитить зубы от кариеса, но и восстановить эмаль с уже имеющимся на поверхности кариесом.

Изотопный состав

Фтор является моноизотопным элементом, так как в природе существует только один стабильный изотоп фтора 19F. Известны еще 17 радиоактивных изотопов фтора с массовым числом от 14 до 31, и один ядерный изомер — 18Fm. Самым долгоживущим из радиоактивных изотопов фтора является 18F с периодом полураспада 109,771 минуты, важный источник позитронов, использующийся в позитрон-эмиссионной томографии.

Ядерные свойства изотопов фтора

Магнитные свойства ядер

Ядра изотопа 19F имеют полуцелый спин, поэтому возможно применение этих ядер для ЯМР-исследований молекул. Спектры ЯМР-19F являются достаточно характеристичными для фторорганических соединений.

Физиологическое действие

В организме взрослого человека содержится около 2,6 г F. Практически весь он включен в состав костей и зубов. В этом и заключается главная ценность данного микроэлемента – он укрепляет наши кости и зубы. Но как же кальций?

Ведь общеизвестно, что именно кальций – вот тот строительный цемент, что придает прочность костной ткани. Да, это так. Но тогда причем здесь фтор?

А фтор как раз и облегчает отложение кальция в костной ткани. Вместе с кальцием откладывается еще один важный для костей и зубов элемент, фосфор. Эти два макроэлемента, кальций и фосфор, находятся в костях и в зубах в виде фосфата кальция, точнее, его разновидности, апатита.

Структурная основа молекул апатитов имеет вид Са10(РО4)6. К ней могут присоединяться ионы хлора, фтора, и гидроксид-ионы (ОН).

В этой связи различают фторапатиты, хлорапатиты, и гидроксиапатиты. Самый прочный из них – фторапатит. Фтор делает кристаллическую структуру апатитов более упорядоченной, и препятствует их разрушению под действием кислой среды. Он может изначально присоединяться к молекуле апатита, или как наиболее активный химический элемент вытеснять из нее гидроксид-ионы.

В итоге фторапатиты усиливают минерализацию костей и зубов, и тем самым придают им прочность. F предупреждает деминерализацию костей, связанную с изменениями рН (кислотности), инфекцией, обменными нарушениями, и другими повреждающими факторами. Тем самым он предотвращает развитие таких часто встречающихся негативных явлений, как кариес зубов и остеопороз костей.

Зубной кариес – сложный патологический процесс. Немаловажную роль в его развитии играет кислотообразующая микрофлора полости рта. Под ее действием глюкоза расщепляется до органических кислот.

В итоге величина РН в полости рта снижается, а кислотность, соответственно, повышается. При этом на зубной эмали образуются пятна, а непосредственно под пятнами формируются очаги разрушения.

Он стимулирует процессы реминерализации, восстановления в поврежденной эмали и в глубжележащих тканях зуба, дентине, и тем самым устраняет имеющиеся дефекты.

В костной ткани он контролирует правильное отложение фосфата кальция. Благодаря ему снижается риск переломов, а полученные переломы быстрее срастаются.

В детском и юношеском возрасте при участии фтора правильно формируется костный скелет.

Следует заметить, что кости и зубная эмаль не являются лидерами по содержанию фтора. Больше его в зубном цементе. Затем идет костная ткань, зубной дентин, и уж потом – зубная эмаль. Помимо костей и зубов F позитивно влияет на состояние ногтей и волос, стимулирует их рост, повышает прочность.

Кроме того, он входит в состав некоторых тканевых ферментов. С этими ферментами он способствует синтезу лейкоцитов, и повышает иммунитет. Установлено, что микроэлемент угнетает рост кислотообразующей бактериальной микрофлоры полости рта. Благодаря этому он оказывает дополнительное действие при зубном кариесе.

Не только образование лейкоцитов, но и эритроцитов, гемоглобина, стимулирует фтор. Это связано с тем, что он участвует в обмене железа. Благодаря этому он позитивно влияет на состояние кроветворения, сердечно-сосудистой системы. При его участии происходит связывание и выведение солей тяжелых металлов, радионуклидов, и других токсических соединений.

Суточная потребность

Потребность в F зависит от возраста и от некоторых других факторов.

Во время заболеваний, интенсивных физических нагрузок, суточная потребность в F может возрастать до 5 мг.

Причины и признаки дефицита

Основная причина дефицита фтора связана с низким содержанием этого элемента в питьевой воде в некоторых регионах. Из-за этого недополучают его растения и животные, которые служат источниками пищи для людей, проживающих в этих регионах.

Показатели содержания фтора в воде:

В некоторых источниках показатели содержания фтора вводе отображаются в ммоль/л. При этом распределение его на территории РФ выглядит следующим образом.

Иногда человек сам искусственно снижает его количество в питьевой воде. Используемые для очистки фильтры удаляют из воды не только токсичные примеси, но и фтор. Наряду с низким содержанием в воде и в почвах дефицит F может быть обусловлен несбалансированным питанием, низким потреблением рыбы, морепродуктов, и другой пищи, богатой им.

Еще одна причина – систематическое употребление некоторых лекарств. Дело в том, что алюминий и магний ухудшают его усваивание. То же самое касается лекарственных средств, содержащих эти элементы. Это Панангин, Аспаркам, Кардиомагнил, используемые в кардиологической практике, и не только.

Антациды, средства для снижения кислотности желудочного сока (Алмагель, Маалокс), содержат в виде гидроксидов и алюминий, и магний. При хронических заболеваниях ЖКТ (желудочно-кишечного тракта) ухудшается усваивание многих нутриентов, в т.ч. и фтора.

Дефицит его проявляется зубным кариесом и патологической ломкостью костей на фоне остеопороза. При выраженном дефиците выпадают зубы. Особенно подвержены остеопорозу пожилые и старики. Его дефицит в преклонные годы увеличивает риск перелома шейки бедра и других костных переломов.

В детском и юношеском возрасте недостаток фтора – одна из причин искривлений позвоночника: сколиоза, усиленного кифоза. Кроме того, пациенты с его недостатком часто страдают анемиями. У них снижен иммунитет, и из-за этого повышается восприимчивость к инфекциям. Ухудшается внешний вид. Волосы становятся ломкими, и выпадают. Ногтевые пластинки расслаиваются.

Источники поступления

С водой мы получаем 2/3 необходимого нам фтора, а остальное 1/3 – с пищей. Лидер по содержанию F – зеленый чай. Много его в рыбе, в морепродуктах, в мясе и в орехах.

Содержание F в 100 г продуктов:

Следует заметить, что при варке продуктов определенное количество F переходит в воду. Чтобы уменьшить потери микроэлемента, пищу следует варить в небольшом объеме воды, и желательно не превышать необходимое время.

При этом крайне нежелательно пользоваться алюминиевой посудой. Рыбу лучше не варить, а запекать. Рыба с костями предпочтительнее в плане содержания фтора, чем рыбное филе. Рыбные консервы тоже богаты им.

Синтетические аналоги

Фторсодержащие соединения входят в состав зубных паст. Эти пасты укрепляют зубы и предотвращают кариес. F в составе зубных паст представлен следующими соединениями:

Таким образом, фторид натрия (другое название – натрия флюорат) является одним из наиболее популярных средств.

Его используют не только в виде зубных паст, но и в виде растворов для полоскания рта, таблеток и растворов для приема внутрь (Витафтор, Кореберон, Оссин), лаков для нанесения на эмаль зубов (Профлюорид Варниш, Бифлюорид 12, Фторлак).

Гель для зубов Сенсигель и зубная паста Эльгифлуор в качестве активного вещества содержат Фторинол.

Помимо этих средств он входит в состав ряда биодобавок и комплексных витаминно-минеральных препаратов. Фторид натрия, фторсалицилат натрия, и фторкремниевую кислоту используют для фторирования воды. Данные соединения обладают рядом преимуществ:

• дешево стоят
• хорошо растворяются в воде
• безопасны для здоровья
• не изменяют свойств воды: сохраняют ее прозрачность, не придают ей вкус и запах.

Доказано, что периодическое фторирование водопроводной воды в регионах с низким содержанием F укрепляет зубы и снижает частоту кариеса.

Метаболизм

Фтор с водой и пищей поступает в виде неорганических соединений. Некоторое количество микроэлемента может поступать через дыхательные пути, всасываться через кожу. Поступивший в ЖКТ фтор путем простой или облегченной диффузии всасывается в желудке и в начальных отделах тонкого кишечника.

Усваиваемость фтора максимальная, приближается к 100%. Всосавшийся он разносится кровью по органам и тканям. До 99% F сосредоточено в костях и зубах, а остальных тканях – всего 1%. Практически весь F выводится из организма с мочой. Лишь незначительное количество может покидать организм с потом и калом.

Взаимодействие с другими веществами

Обмен фтора тесно связано с обменом кальция и фосфора – благодаря ему эти макроэлементы откладываются в костях и в зубах. Однако в больших дозах он негативно влияет на обмен кальция. Вит. А и Е улучшают его усваивание.

Алюминий и магний наоборот, ухудшают этот процесс. То же самое касается препаратов, содержащих соединения алюминия и магния. Фтор улучшает усваивание железа. Усваивание других галогенов, брома, иода, хлора, он ухудшает.

Электронное строение

Применение метода МО для молекулы F2
Электронная конфигурация атома фтора следующая: 1s22s22p5. Атомы фтора в соединениях могут проявлять степень окисления равную −1. Положительные степени окисления в соединениях не реализуются, так как фтор является самым электроотрицательным элементом.

Квантовохимический терм атома фтора — ²P3/2

Строение молекулы

С точки зрения теории молекулярных орбиталей, строение двухатомной молекулы фтора можно охарактеризовать следующей диаграммой. В молекуле присутствует 4 связывающих орбители и 3 разрыхляющих. Очевидно, что порядок связи в молекуле равен 1.

Хроническое отравление фтором

Чаще всего, хроническое отравление фтором диагностируют у детей и подростков, но иногда это состояние встречается и у взрослых. В случае хронической формы интоксикации, возникающей при длительном воздействии с данным веществом, человек испытывает характерные симптомы. На начальном этапе – повышенная чувствительность и кровоточивость десен, коричневые пятна на поверхности зубов, кариес, пародонтоз, болезненность и опухание носа, язвенные поражения носовой перегородки, дискинезия кишечника и желудка.

Позже появляются заболевания органов дыхательной системы, человек также начинает ощущать болезненные ощущения в области сердца, у него нарушаются процессы кровообращения и кроветворения. При хронической интоксикации происходит сбой в холестериновом обмене, развивается язва желудка и гастрит. Если не вывести избыток фтора из организма, со временем он может негативно сказаться на состоянии костных тканей, спровоцировать заболевание кожных покровов (в тяжелых случаях происходит язвенное поражение, опухание и омертвение отдельных участков кожи).

Получение

Лабораторный метод получения фтора
Источником для производства фтора служит фтористый водород HF, получающийся в основном либо при действии серной кислоты H2SO4 на флюорит CaF2, либо при переработке апатитов и фосфоритов.

Лабораторный метод

Лабораторные условия — фтор можно получать с помощью химических установок. В медный сосуд 1, заполненный расплавом KF·3HF помещают медный сосуд 2, имеющий отверстия в дне. В сосуд 2 помещают толстый никелевый анод. Катод помещается в сосуд 1. Таким образом, в процессе электролиза газообразный фтор выделяется из трубки 3, а водород из трубки 4. Важным требованием является обеспечение герметичности системы, для этого используют пробки из фторида кальция со смазкой из оксида свинца (II) и глицерина.

В 1986 году, во время подготовки к конференции по поводу празднования 100-летия открытия фтора, Карл Кристе открыл способ чисто химического получения фтора с использованием реакции во фтороводородном растворе K2MnF6 и SbF5 при 150 °C:

K2MnF6 + 2SbF5 → 2KSbF6 + MnF3 + ½F2 2K2MnF6 + 4SbF5 → 4KSbF6 + 2MnF3 + F2 Хотя этот метод не имеет практического применения, он демонстрирует, что электролиз необязателен.

Промышленный метод

Промышленное производство фтора осуществляется электролизом расплава кислого фторида калия KF·3HF (часто с добавлениями фторида лития), который образуется при насыщении расплава KF фтористым водородом до содержания 40—41 % HF. Процесс электролиза проводят при температурах около 100 °C в стальных электролизёрах со стальным катодом и угольным анодом.

Польза фтора для организма человека

Фтор приносит большую пользу для организма человека.

Он выполняет множество важных функций:

1. Угнетает развитие патогенных микроорганизмов, предупреждая повреждение зубной эмали продуктами их жизнедеятельности.
2. Выводит соли и тяжелые металлы.
3. Реминерализует эмаль на первой стадии образования кариеса.
4. Способствует укреплению костной ткани.
5. Нормализует фосфорно-кальциевый обмен.
6. Повышает устойчивость организма к радиации.
7. Замедляет работу кислотообразующих бактерий.
8. Отвечает за качество волос и ногтей.

Химические свойства

Самый активный неметалл, бурно взаимодействует почти со всеми веществами (редкие исключения — фторопласты), и с большинством из них — с горением и взрывом. Контакт фтора с водородом приводит к воспламенению и взрыву даже при очень низких температурах (до −252°C). В атмосфере фтора горят даже вода и платина:

2F2 + 2H2O → 4HF + O2

К реакциям, в которых фтор формально является восстановителем, относятся реакции разложения высших фторидов, например:

XeF8 → XeF6 + F2 MnF4 → MnF3 + 1/2 F2

Фтор также способен окислять кислород, образуя фторид кислорода OF2.

Фтор. Свойства фтора. Применение фтора

Разрушение и гибель. Так с греческого переводится название фтора. Имя связано с историей его открытия. Десятки ученых покалечились, либо умерли, пытаясь выделить элемент, о существовании которого первым предположил Шееле. Он получил плавиковую кислоту, но не смог добыть из нее новое вещество – флюорий.

Название связано с минералом флюоритом – основой плавиковой кислоты и главным источником фтора. Получить его методом электролиза пытались и братья Ноксы из Англии, Гей-Люссак и Тенар из Франции. В ходе экспериментов погибли.

Дэви, открывший натрий, калий и кальций, связавшись с флюорием, отравился и стал инвалидом. После, научное сообщество переименовало элемент. Но так ли он опасен вне химических лабораторий и зачем нужен? На эти вопросы ответим далее.

Химические и физические свойства фтора

Фтор занимает 9-ую позицию в таблице Менделеева. В природе элемент состоит из одного стабильного нуклида. Так называют атомы, жизненный цикл которых достаточен для наблюдений и научных изысканий. Масса атома фтора – 18,998. В молекуле атомов 2.

Фтор – элемент с самой большой электроотрицательностью. Явление связано со способностью атома соединяться с другими и притягивать к себе электроны. Показатель фтора по шкале Полинга – 4. Это способствует славе 9-го элемента, как самого активного неметалла. В обычном состоянии, это желтоватый газ. Он токсичен, имеет резкий запах – нечто среднее между ароматами озона и хлора.

Фтор – вещество с аномально низкой для газов температурой кипения – всего 188 градусов Цельсия. Остальные галогены, то есть, типичные неметаллы из 7-ой группы таблицы Менделеева, кипят при больших показателях. Это связано с тем, что у них есть d-подуровень, отвечающий за полуторные связи. Молекула фтора такового не имеет.

Активность фтора выражается в числе и характере возможных реакций с другими элементами. Соединение с большинством из них сопровождается горением и взрывами. В контакте с водородом пламя рождается даже при пониженных температурах. В атмосфере фтора горит даже вода. Более того, в камере с желтоватым газом воспламеняется платина – наиболее инертный и ценный элемент.

Соединения фтора невозможны лишь с неоном, аргоном и гелием. Все 3 газа легки и инертны. Не из газов, фтору не поддается алмаз. Есть ряд элементов, реакции с которыми возможны лишь при повышенной температуре. Так, пара хлор-фтор взаимодействует лишь при 200-250-ти градусах Цельсия.

Применение фтора

Без фтора не обходятся тефлоновые покрытия. Их научное название – тетрафторэтилены. Соединения относятся к органической группе и обладают антипригарными свойствами. По сути, тефлон является пластмассой, но нестандартно тяжелой. В 2 раза превышена плотность воды, — вот причина излишнего веса покрытия и посуды с ним.

Содержание фтора в тефлоне – почти 70%. Во фреоне элемента меньше, но вещество от этого не становится менее значимым. Газ используют в качестве охлаждающего агента. Он присутствует во всех холодильниках и кондиционерах.

В ядерной промышленности фтор имеет связь с процессом разделения изотопов урана. Ученые говорят, что не будь 9-го элемента, не было бы и атомных станций. Горючим для них служит не любой уран, а лишь несколько его изотопов, в частности, 235-ый. Методы разделения рассчитаны на газы и летучие жидкости.

Но, уран кипит при 3500 градусах Цельсия. Непонятно, какие материалы для колонн и центрифуг выдержат такой жар. Благо, есть летучий гексафторид урана, кипящий лишь при 57-ми градусах. Из него-то и выделяют металлическую фракцию.

Окисление фтора, точнее, окисление им ракетного топлива – важный элемент авиационной промышленности. В ней пригождается не газообразный элемент, а жидкость. В этом состоянии фтор становится ярко-желтым и наиболее реакционным.

В металлургии используют стандартный газ. Формула фтора преображается. Элемент включают в соединение, необходимое для получения алюминия. Его производят путем электролиза. В нем-то и участвует гексафторалюминат.

В оптике пригождается соединение магний-фтор, то есть, фторид магния. В диапазоне световых волн от вакуумного ультрафиолета до инфракрасного излучения он прозрачен. Вот и идет соединение на линзы и призмы для специализированных оптических приборов.

9-ый элемент замечен и медиками, в частности, стоматологами. Они обнаружили 0,02% фтора в составе зубов. Потом, выяснилось, что в регионах, где вещества не хватает, выше заболеваемость кариесом.

Содержится фтор в воде, откуда и поступает в организм. В дефицитных местностях стали искусственно добавлять элемент в воду. Ситуация исправилась. Поэтому, создана паста с фтором.

Фтор в зубной эмали может вызвать флюороз – потемнение, пятнистость тканей. Это следствие переизбытка элемента. Поэтому в регионах с нормальным составом воды лучше выбирать зубную пасту без фтора. Нужно, так же, отслеживать его содержание в продуктах питания. Есть даже фторированное молоко. Морепродукты обогащать не надо, в них и так много 9-го элемента.

Паста без фтора – выбор, связанный с состоянием зубов. Но в медицине элемент нужен не только в сфере стоматологии. Препараты фтора выписывают при проблемах со щитовидной железой, к примеру, базедовой болезни. В борьбе с ней ведущую роль играет пара фтор-йод.

Лекарства с 9-ым элементом нужны тем, у кого хронический сахарный диабет. Глаукома и рак тоже в списке недугов, которые лечат с участием фтора. Как кислород вещество, порой, требуется при болезнях бронх и ревматических диагнозах.

Добыча фтора

Добывают фтор все тем же путем, который помог открыть элемент. После череды смертей, одному из ученых удалось не только выжить, но и выделить небольшое количество желтоватого газа. Лавры достались Анри Муассану. За свое открытие француз удостоился Нобелевской премии. Ее выдали в 1906-ом году.

Муассан воспользовался методом электролиза. Чтобы не отравится парами, химик проводил реакцию в стальном электризере. Этот аппарат применяется и сейчас. В него помещается кислый фторид калия.

Процесс проходит при температуре в 100 градусов Цельсия. Катод используют стальной. Анод в установке угольный. Важно соблюдение герметичности системы, ведь пары фтора ядовиты.

В лабораториях для герметичности закупают специальные пробки. Их состав: кальций-фтор. Лабораторная установка – это два медных сосуда. Первый заполняют расплавом, погружая в него второй. У внутреннего сосуда есть отверстие в дне. Через него проходит никелевый анод.

Катод располагают в первом сосуде. От аппарата отходят трубки. Из одной выделяется водород, из второй – фтор. Чтобы сохранить гермитичность, недостаточно одних пробок и фторида кальция. Нужна еще и смазка. В ее роли выступает глицерин или же оксид свинца.

Лабораторный метод получения 9-го элемента используют лишь для учебных демонстраций. Практического применения технология не имеет. Однако, ее существование доказывает, что можно обойтись и без электролиза. Однако, необходимости в этом нет.

Цена фтора

Стоимости фтора, как такового, нет. Цены устанавливаются уже на продукты с содержанием 9-го элемента таблицы Менделеева. Зубные пасты, к примеру, стоят, как правило, от 40-ка до 350-ти рублей. Лекарства, так же, есть копеечные и дорогостоящие. Все зависит от производителя, наличия на рынке аналогичного товара других фирм.

Что же касается цены фтора для здоровья, она, как видно, может быть высока. Элемент токсичен. Обращение с ним требует осторожности. Фтор способен принести пользу и даже вылечить.

Но, для этого нужно многое знать о веществе, предугадывать его поведение и, конечно, советоваться со специалистами. По распространенности на Земле фтор занимает 13-е место. Само число, называемое чертовой дюжиной, заставляет быть с элементом поосторожнее.

Применение в химической деятельности (химической промышленноси)

Газообразный фтор используется для получения:

гексафторида урана UF6 из UF4, применяемого для разделения изотопов урана для ядерной промышленности. трёхфтористого хлора ClF3 — фторирующий агент и мощный окислитель ракетного топлива шестифтористой серы SF6 — газообразный изолятор в электротехнической промышленности фторидов металлов (например, W и V), которые обладают некоторыми полезными свойствами фреонов — хороших хладагентов тефлонов — химически инертных полимеров гексафтороалюмината натрия — для последующего получения алюминия электролизом различных соединений фтора

Ракетная техника

Соединения фтора широко применяются в ракетной технике как окислитель ракетного топлива.

Применение в медицине

Соединения фтора широко применяются в медицине как кровезаменители.

В каких продуктах содержится фтор

Необходимый для человеческого организма фтор содержится в следующих продуктах питания:

• грецкий орех и миндаль;
• рыба морская и пресноводная;
• морепродукты (особенно креветки);
• овощи (картофель, тыква, лук, спаржа, авокадо, брюссельская капуста, помидоры, морковь, листовой салат, шпинат и другая зелень);
• яйца;
• фрукты (грейпфрут, яблоко, мандарин, сливы);
• злаки (гречка, рис, кукуруза, овес, отруби, проросшие зерна);
• говядина и курица;
• мед;
• соленья (соленые огурцы, помидоры, капуста);
• молоко;
• черный и зеленый чай;
• красное вино (источником здесь выступают химикаты, которыми удобряют виноград).

Для того, чтобы получать необходимое количество фтора, вовсе не обязательно принимать аптечные препараты. Достаточно включать в свое меню продукты из приведенного списка, но и не допускать передозировки данного элемента.

Биологическая и физиологическая роль

Фтор является жизненно необходимым для организма элементом. В организме человека фтор, в основном, содержится в эмали зубов в составе фторапатита — Ca5F(PO4)3. При недостаточном (менее 0,5 мг/литр питьевой воды) или избыточном (более 1 мг/литр) потреблении фтора организмом могут развиваться заболевания зубов: кариеса и флюорозу (крапчатости эмали) и остеосаркомы, соответственно.

Малое содержание фтора разрушает эмаль за счет вымывания фтора из фторапатита с образованием гидроксоапатита, и наоборот.

Для профилактики кариеса рекомендуется использовать зубные пасты с добавками фтора или употреблять фторированную воду (до концентрации 1 мг/л), или применять местные аппликации 1-2 % раствором фторида натрия или фторида олова. Такие действия могут сократить вероятность появления кариеса на 30-50 %.

Предельно допустимая концентрация связанного фторав воздухе промышленных помещениях равен 0,0005 мг/литр.

Суточная норма фтора

Чтобы избежать негативных последствий дефицита и переизбытка фтора, надо придерживаться рекомендаций специалистов относительно полезных для здоровья доз этого вещества. Потребность человеческого организма в 9-м элементе периодической таблицы покрывает суточная норма фтора, установленная медиками в соответствии с возрастом:

• младенцы должны получать 0,01–0,5 мг/сутки фтора в день (эта доза увеличивается от меньшего к большему числу от рождения до года); малыши получают фтор с водой, материнским молоком, детским питанием;
• от года до 3 лет – 0,7мг /сутки;
• к 13 годам норма увеличивается до 2 мг/сутки;
• молодые люди 14–18 лет и женщины после 14 лет – 3 мг/сутки;
• взрослые мужчины – 4 мг/сутки.

Дополнительная информация

Фториды Соединения фтора в ракетной технике Соединения фтора в медицине Категория:Соединения фтора

Фтор, Fluorum, F(9)

Фтор (Fluorine, франц. и нем. Fluor) получен в свободном состоянии в 1886 г., но его соединения известны давно и широко применялись в металлургии и производстве стекла. Первые упоминания о флюорите (СаР,) под названием плавиковый шпат (Fliisspat) относятся к XVI в. В одном из сочинений, приписываемых легендарному Василию Валентину, упоминаются окрашенные в различные цвета камни — флюссе (Fliisse от лат. fluere — течь, литься), которые применялись в качестве плавней при выплавке металлов. Об этом же пишут Агрикола и Либавиус. Последний вводит особые названия для этого плавня — плавиковый шпат (Flusspat) и минеральный плавик. Многие авторы химико-технических сочинений XVII и XVIII вв. описывают разные виды плавикого шпата. В России эти камни именовались плавик, спалт, спат; Ломоносов относил эти камни к разряду селенитов и называл шпатом или флусом (флус хрустальный). Русские мастера, а также собиратели коллекций минералов (например, в XVIII в. князь П. Ф. Голицын) знали, что некоторые виды шпатов при нагревании (например, в горячей воде) светятся в темноте. Впрочем, еще Лейбниц в своей истории фосфора (1710) упоминает в связи с этим о термофосфоре (Thermophosphorus).

По-видимому, химики и химики-ремесленники познакомились с плавиковой кислотой не позднее XVII в. В 1670 г. нюрнбергский ремесленник Шванхард использовал плавиковый шпат в смеси с серной кислотой для вытравливания узоров на стеклянных бокалах. Однако в то время природа плавикового шпата и плавиковой кислоты была совершенно неизвестна. Полагали, например, что протравливающее действие в процессе Шванхарда оказывает кремневая кислота. Это ошибочное мнение устранил Шееле, доказав, что при взаимодействии плавикового шпата с серной кислотой кремневая кислота получается в результате разъедания стеклянной реторты образующейся плавиковой кислотой. Кроме того, Шееле установил (1771), что плавиковый шпат представляет собой соединение известковой земли с особой кислотой, которая получила название «Шведская кислота».

Лавуазье признал радикал плавиковой кислоты (radical fluorique) простым телом и включил его в свою таблицу простых тел. В более или менее чистом виде плавиковая кислота была получена в 1809 r. Гей-Люссаком и Тенаром путем перегонки плавикового шпата с серной кислотой в свинцовой или серебряной реторте. При этой операции оба исследователя получили отравление. Истинную природу плавиковой кислоты установил в 1810 г. Ампер. Он отверг мнение Лавуазье о том, что в плавиковой кислоте должен содержаться кислород, и доказал аналогию этой кислоты с хлористоводородной кислотой. О своих выводах Ампер сообщил Дэви, который незадолго до этого установил элементарную природу хлора. Дэви полностью согласился с доводами Ампера и затратил немало усилий на получение свободного фтора электролизом плавиковой кислоты и другими путями. Принимая во внимание сильное разъедающее действие плавиковой кислоты на стекло, а также на растительные и животные ткани, Ампер предложил назвать элемент, содержащийся в ней, фтором (греч.- разрушение, гибель, мор, чума и т. д.). Однако Дэви не принял этого названия и предложил другое — флюорин (Fluorine) по аналогии с тогдашним названием хлора — хлорин (Chlorine), оба названия до сих пор употребляются в английском языке. В русском языке сохранилось название, данное Ампером.

Многочисленные попытки выделить свободный фтор в XIX в. не привели к успешным результатам. Лишь в 1886 г. Муассану удалось сделать это и получить свободный фтор в виде газа желто-зеленого цвета. Так как фтор является необычайно агрессивным газом, Муассану пришлось преодолеть множество затруднений, прежде чем он нашел материал, пригодный для аппаратуры в опытах со фтором. U-образная трубка для электролиза фтористо- водородной кислоты при 55°С (охлаждаемая жидким хлористым метилом) была сделана из платины с пробками из плавикового шпата. После того как были исследованы химические и физические свойства свободного фтора, он нашел широкое применение. Сейчас фтор — один из важнейших компонентов синтеза фторорганических веществ широкого ассортимента. В русской литературе начала XIX в. фтор именовался по-разному: основание плавиковой кислоты, флуорин (Двигубский,1824), плавиковость (Иовский), флюор (Щеглов, 1830), флуор, плавик, плавикотвор. Гесс с 1831 г. ввел в употребление название фтор.

Вред фтора для организма

Фтор может приносить как пользу, так и вред организму человека. Это вещество очень опасно при передозировке. Фтор долго выводится и накапливается не только в костях и зубах, но и в шишковидной железе, которая находится в середине мозга. В таком случае его влияние на здоровье человека может быть очень серьезным.

Довольно остро стоит вопрос добавления фтора в муниципальную воду, а также различные напитки, продукты и зубную пасту. В некоторых странах (не в России) добавляют синтетические соединения фтора: фторкремниевую кислоту, фторосиликат натрия, фторид натрия.

Поскольку такие соединения представляют собой продукты отхода фосфатной, алюминиевой и даже ядерной промышленности, их опасность для здоровья становится очевидной.

Больше всего для здоровья вреден фторид натрия. Ученые утверждают, что это вещество снижает когнитивные способности человека (ухудшает речь, мыслительную способность и память). Информация об этом стала известна широким массам лишь 10 лет назад. До этого момента результаты исследования о вреде фторида были засекречены.

Ученые доказали, что при длительном употреблении фторида натрия происходят следующие нарушения нормального функционирования организма:

1. Сбои в работе щитовидной железы вплоть до обширного расстройства эндокринной системы.
2. Генетические сбои на уровне ДНК.
3. Онкологические заболевания.
4. Снижение выработки мелатонина (что выражается в различных нарушениях сна).
5. Нарушения со стороны нейрологии (трудности с фокусировкой внимания, памятью и др.).
6. Болезнь Альцгеймера.

Синтетические соединения фтора начали применять в пищевой промышленности с 1940-х годов. Есть предположения о том, что фторид натрия использовали с целью массового контроля над сознанием масс в нацистской Германии, США и Советском Союзе.

Фторид природного происхождения входит в состав земной коры, поэтому небольшое количество этого веществав природной воде является допустимым. Часть фторидов присутствует в растениях и тканях животных. Однако даже природный фторид является токсичным веществом для человека, причем даже более опасным, чем свинец. Всего 2-5 г. является смертельной дозой.

Промышленное применение

В атомарном и молекулярном состоянии фтор используется для плазменного травления в производстве полупроводников, плоских дисплеев и микроэлектромеханических систем. Плавиковая кислота применяется для травления стекла в лампах и других изделиях.

Наряду с некоторыми из его соединений, фтор – это важная составляющая производства фармацевтических препаратов, агрохимикатов, горюче-смазочных материалов и текстиля. Химический элемент необходим для получения галогенированных алканов (галоны), которые, в свою очередь, широко использовались в системах кондиционирования воздуха и охлаждения. Позже такое применение хлорфторуглеродов было запрещено, поскольку они способствуют разрушению озонового слоя в верхних слоях атмосферы.

Гексафторид серы – чрезвычайно инертный, нетоксичный газ, относящийся к веществам, вызывающим парниковый эффект. Без фтора невозможно производство пластмасс с низким коэффициентом трения, таких как тефлон. Многие анестетики (например, севофлуран, десфлуран и изофлуран) являются производными фторуглеводородов. Гексафторалюминат натрия (криолит) применяется в электролизе алюминия.

Соединения фтора, в том числе NaF, используются в зубных пастах для предотвращения кариеса. Эти вещества добавляются в системы муниципального водоснабжения для фторирования воды, однако из-за воздействия на здоровье человека эта практика считается спорной. При более высоких концентрациях NaF используются в качестве инсектицида, особенно для борьбы с тараканами.

В прошлом фториды применялись для снижения температуры плавления металлов и руд и повышения их текучести. Фтор – это важный компонент производства гексафторида урана, который применяется для разделения его изотопов. 18F, радиоактивный изотоп с периодом полураспада 110 минут, излучает позитроны и часто используется в медицинской позитронно-эмиссионной томографии.

Распространенность Фтора

По распространенности во Вселенной фтор занимает 24 место. Его присутствие в космосе оценивается как низкое. Для сравнения остальные элементы группы могут встречаться до 20 раз больше. Если взять соотношение, то количество фтора в районе 400 частей на миллиард. Такая низкая концентрация связана с тем, что процессы звездного нуклеосинтеза протекают без присутствия фтора. Любые образованные атомы фтора имеют высокое ядерное сечение, что в дальнейшем позволяет слиться с водородом или гелием для концентрации кислорода или неона.

Что же касается Земли, то фтор является тринадцатым по распространенности в земной коре. По массе соотношение частей варьируется около цифры 400 частей на миллион. Фтор, как чистое вещество, в природе не встречается. Вместо этого он встречается в виде фторсодержащих минералов. Самым распространенным из них является флюорит (CaF2). На нашей планете более 9 тысяч месторождений этого минерала. Крупнейшими поставщиками флюорита являются Китай и Мексика. Еще двумя фторсодержащими минералами являются фторопатит, топаз и криолит.

Читайте: Углерод как химический элемент таблицы Менделеева